纳米流体器件的制备

•制备方法分类 2.基于MEMS 的纳米制备方法

•介质层释放(SLR)•蚀刻与粘合•蚀刻与沉积

•边缘光刻和间壁技术

1.纳米光刻方法 电子束光刻(EBL ) 聚离子束技术(FIB ) 纳米压印光刻(NIL ) 干涉光刻(IL ) 球体光刻(SL )

3.基于纳米材料的纳米制备方法

离子选择性聚合物 纳米多孔材料 纳米晶体

纳米线和纳米管

•纳米光刻方法-电子束光刻(EBL)

硅

负抗蚀剂图案化

抗蚀剂薄层

模具蚀刻软光刻

粘合

正抗蚀剂图案化

纳米通道蚀刻

粘合

在覆盖有电子敏感抗蚀剂薄层的表面上沿预定路径发射电子束，并随后选择性地去除曝光或未曝光的抗蚀剂

可实现10nm 或更小的特征；但成本较高，写入速度较

•纳米光刻方法-聚离子束技术(FIB)

薄膜沉积、背腔蚀刻

FIB 研磨

纳米孔收缩

利用聚离子束实现特定位点制造的技术，如溶胀，研磨，注入，离子诱导沉积或蚀刻。

半导体行业中强大的缺陷修复工具

薄膜

纳米孔制备

纳米通道制备

直接FIB 扫描

引入介质层，然后是FIB 扫描和牺牲层蚀刻

与其他技术兼容；但设备昂贵，由于进行直接研磨/沉积，产量低

•纳米光刻方法-纳米压印光刻(NIL)

不同于传统光刻技术，NIL 通过将预定模具压入压印抗蚀剂来复制纳米级特征，克服了衍射极限

压印抗蚀涂层

压模残余抗蚀剂蚀刻直接热粘合

去模溶剂蒸汽密封熔化回流密封

直接模板密封

可在大面积上产生纳米级特征，与上述EBL和FIB相比

成本相对较低，模具可重复使用。与其他微制造方法兼容。

•纳米光刻方法-干涉光刻(IL)

与NIL类似，IL是一种能够制造大面积、纳米尺寸、周期性图案结构的技术。在该技术中，相干激光源被分成两个不同的光束，然后投射到光刻胶上。基于两个相干光束的干涉曝光，在光刻胶上形成具有一定间距的典型正弦干涉图案。

根据其工作原理，IL只能产生纳米链/纳米孔阵列，无法制造单个纳米链/纳米孔，这限制了其应用。

•纳米光刻方法-球体光刻(SL)

干法蚀刻基板

也称为胶体光刻，用于制造大规模二维有序纳米结构阵列，特别是纳米孔阵列。

制备紧密堆积的纳米颗粒单层

释放纳米颗粒

干法蚀刻纳米颗粒

沉积薄膜

释放纳米颗粒各向同性地蚀刻基板各向异性地蚀刻基板

关键在制备高质量的纳米颗粒单层。与传统微制造的工艺兼容性仍然是一个挑战。需特殊的仪器和棘手的手工操作，限制了

•基于MEMS 的纳米制备方法-介质层释放(SLR)

SLR 是制造1-D 或2-D 纳米通道器件的最流行的自上而下方法之一

沉积顶层

形成储室

贯通纳米通道

沉积底层

沉积介质层图案化介质层以产生纳米通道的公型

SLR 相对简单且便宜，易于与其他微结构集成，能够制造复杂的3-D 纳米流体结构。允许准确观察和解释实验。局限性：很难用于制造超薄纳米通道；蚀刻剂和反应

•基于MEMS的纳米制备方法-蚀刻与粘合

通过在基板中蚀刻纳米深沟槽，然后将其粘合到另一平面基板来形成2-D 平面纳米通道

纳米通道图案化

和蚀刻微通道图案化

和蚀刻

沉积保护层去除保护层

绝缘层的均匀生长/沉积

用玻璃基板进行阳极粘合

背部储室图案

化和蚀刻

可能是最好的基于MEMS的制造具有小AR的2-D平面纳米通道的方法。方法相对简单且具有成本效益，可灵活地与其他流体/电气元

•基于MEMS的纳米制备方法-蚀刻与沉积

制造纳米宽度的2-D垂直纳米通道

相对低的制造成本和通道

自密封。此外，由于2-D垂

直纳米通道形成在基板表

面下方，原则上，顶面可

用于其他流体部件或电子

电路的进一步集成。这可

更有效地使用基板并改善

整个装置的小型化。

但由于沟槽内部的复

杂非保形沉积，该方法不

能对最终沟道宽度进行精

确控制。

•基于MEMS的纳米制备方法-边缘光刻和间壁技术边缘光刻技术可良好控制底切来制作2-D 垂直纳米通道

沉积和图案化第一金属层使用各向同性蚀刻形成底切

沉积第二

金属层剥离光刻胶使用DRIE形成开放的纳米通道

去除金属掩模沉积或粘合进行纳米通道密封

•基于纳米材料的纳米制备方法-离子选择性聚合物

使用离子选择性材料制备纳米流体器件的最直接的图案化方法是基于传统的接触式光刻技术

•基于纳米材料的纳米制备方法-纳米多孔材料

纳米多孔材料提供优异的纳米级

限制，但组装成适用的纳米流体装置

依赖于繁重的手动操作，且与传统

MEMS技术不兼容，难以建立集成的多

功能微流控/纳流控。

•基于纳米材料的纳米制备方法-纳米晶体

通过纳米晶体填充方法制备的纳米流体装置，可以通过修改或替换纳米晶体轻松改变表面性质，在基于电动力学的生物传感应用和基础研究中具有商用前景。

制造两端具有储室的微通道基于毛细管蒸发的纳米晶体的自组装

从一个储室引入纳米颗粒悬浮液更换缓冲溶液除去多余的纳米颗粒

•基于纳米材料的纳米制备方法-纳米线和纳米管

作为两种广泛使用的1-D 纳米材料，纳米线和纳米管已被用于制造不同的纳米通道在晶片上组装纳米线

基于热压印的纳

米通道制造使用纳米线作为

母版进行热压印

用预定的微通道

粘合到基板去除纳米线

基于模制的纳米基于光刻的纳米浇铸聚合物将纳米线组装到微结

构上

释放/去除纳米线和微结

构并与另一基板粘合图案化光刻胶

释放纳米线并与另一基板粘合